Systèmes mécaniques 1
Les éléments de machines remplissent des fonctions mécaniques simples. Ils constituent des organes qui forment des mécanismes qui sont classés en familles possédant des structures semblables.
Les éléments les plus primitifs se composent d'une seule pièce placée entre ou dans d'autres pièces pour former des ensembles plus complexes.
Ce sont les éléments normalisés ou de catalogue comme les goupilles, les clavettes, les ressorts, les roulements, les roues dentées, les arbres de transmissions, etc. Dans la plupart des cas, deux ou plusieurs pièces jointives forment un élément, comme par exemple les boulons, et génèrent une ou plusieurs fonctions.
Afin de choisir, mettre en œuvre et contrôler ces éléments de machines, dans le but de réaliser un mécanisme, on fait appel à plusieurs connaissances professionnelles de l'ingénieur, en particulier aux principes de la mécanique des corps solides, aux propriétés technologiques des matières, aux applications des théories de la résistance des matériaux, de l'élasticité, de la mécanique des fluides, de la thermodynamique, de l'électricité sans oublier les problèmes de fabrication des pièces ou les conditions de montage.
La synthèse de ces notions permet généralement de trouver des solutions acceptables sous une forme rationnelle et surtout économique. Toute discussion sur les fonctionnalités, les efforts et les contrôles d'un élément de machine introduit immanquablement un certain nombre d'hypothèses simplificatrices pendant l'élaboration du modèle de substitution.
L'évolution actuelle des méthodes de conception, tant théorique que pratique, tend à augmenter les connaissances sur les divers facteurs influençant directement les sollicitations, le comportement et la durée de vie des éléments de machines. La précision des résultats s'améliore constamment en introduisant les interactions entre toutes les pièces composantes et les parties annexes. Cette recherche systématique s'opère sur plusieurs fronts :
- Mise en équation du comportement de l'élément et des parties voisines,
- Utilisation de modèles de calcul bi ou même tridimensionnels simulés dans des logiciels appropriés,
- Essais en laboratoire afin de confirmer les hypothèses introduites et les résultats de l'étude théorique,
- Mesures des caractéristiques sur des parties de machines existantes.
Les éléments de machines courants font l'objet de normalisations internationale (ISO). Parfois cette standardisation fixe ou même impose les méthodes de contrôle. Les éléments de machines complexes se décomposent en sous-ensembles simples et s'étudient par des méthodes analogues à celles des éléments fondamentaux. A l'heure actuelle, beaucoup d'éléments courants ne peuvent pas encore se calculer exactement car l'effet des diverses parties voisines en contact modifie de fond en comble les sollicitations et le comportement de l'ensemble.
La méthode suivie dans ce cours tend vers une formulation très simplifiée des conditions réelles de fonctionnement et le but principal est de montrer les méthodes et principes de choix.
Les éléments de contenu de ce cours se résume comme suit :
- Guidage en rotation: choix, calcul des roulements.
- Transmission de Puissance par Engrenages.
- Les trains d’engrenages épicycloïdaux
constitution, types, formule de Willis, rapport de réduction, Conditions de montage…)
- Calcul des arbres: Vérification d’un arbre aux sollicitations statiques, aux déformations et dimensionnement, …
- Calcul des éléments d’assemblage: clavettes, cannelures, goupilles, ...
- Théorie des mécanismes: graphe des liaisons, liaisons en parallèles, liaisons en série, liaison équivalente, chaîne continue ouverte, chaîne continue fermée, chaîne complexe (nombre cyclomatique), mobilité et hyperstatisme d’un mécanisme réel, Système isostatique, système hyperstatique.
Étude de cas: Étude de systèmes mécaniques de transmission de puissance (schéma cinématique, modélisation des liaisons mécaniques, dimensionnement des éléments de machines, analyse de solutions technologiques constructives …)